誰說充電一定要接電線？只要讓手機和充電器「心電感應」一下，就可以充電了！一起來認識「無線充電」的原理吧！
每次要幫手機、電腦，或者其他各種電器充電時，總是要接一條充電線，充電線一多，還常常接錯，實在非常麻煩。幸好，現在越來越多的電子產品，開始使用「無線充電」的技術了！只要優雅的將手機放在一個小小的、像杯墊一樣的東西上面，不必接線就能輕鬆充電，這麼厲害的科技背後是什麼原理呢？讓我們一起來探究其中奧妙。
電與磁的交互作用
一般見到的無線充電，運用的是「電流磁效應」和「電磁感應」的原理。1819 年，丹麥科學家厄斯特觀察到一段導線上如果通有電流，四周將會產生磁場，可以讓指北針偏轉。後人則進一步發現，將導線圍成環狀，甚至繞成線圈，產生的磁場將會更強、更集中，這稱為「電流磁效應」。
至於電磁感應，則是在 1831 年由法拉第發現的。讓一塊磁鐵或其他的磁場來源靠近一段沒有電流的線圈，線圈上就會產生「感應電流」，稱為「電磁感應」。值得注意的是，電磁感應的成立條件是磁場要有「變化」，例如磁鐵越來越靠近 （越來越遠離其實也可以）。外加磁場若是一直保持不變，是不會有感應電流的。
總而言之，電流磁效應就是電流的流動在四周產生磁場，電磁感應則是不斷變化的外加磁場使線圈產生感應電流。
利用電磁感應來充電
這兩種物理現象同時運用，就可以進行無線充電。目前的無線充電設備，都包含一個「充電座」，裡面其實正是線圈。將充電座接到家用插頭後，線圈周圍會因為電流磁效應而產生磁場。要充電的電子產品，裡面也都有一個線圈，當它靠近充電座時，充電座的磁場將通過電磁感應，在電子產品的線圈上產生感應電流。感應電流導引到電池，就完成了充電座和電子產品間的無線充電。
你可能會問，磁場不是要改變才能有電磁感應嗎？可是充電座與充電的對象距離卻始終保持不變，這樣為何會有電磁感應呢？原來，家用插座中流出的電是「交流電」，也就是說電流的方向不斷的交替變化，一會兒順著流，一會兒反著流。正因為如此，充電座線圈產生的磁場隨之不斷在變換方向，並非保持不變，符合電磁感應的條件。
近來越來越多智慧型手機、平板電腦開始提供無線充電的功能，但是不幸的是，它們充電的時候，只要離充電座的距離稍遠一些，充電效率就會明顯下降。即便是最新的技術，充電距離也不能超過 5 公分，事實上，目前絕大部分可以無線充電的行動裝置，都是要完全平放在充電座上才能進行，和想像中隨走隨充的無線充電仍有點差別。
利用共振拉長充電距離
為了增加無線充電的距離與充電效率，科學家正在設法利用「磁共振」的原理進行無線充電。在電路中加入一些電容、電感等特殊的元件，適當連接後，會形成「諧振電路」。這就好像樂器行一定會有的調音工具──音叉一樣。輕敲音叉一次，它可以持續振動一段時間，同樣的，對諧振電路短暫通電，電路中也會產生維持一段時間的信號。
音叉具有「共振」這種有趣的物理性質。每支音叉都有自己的發聲頻率，當一支音叉振動發聲時，若附近有另一支發聲頻率相同的音叉，即使它沒有直接受到敲擊，也會跟著振動。音叉的共振可以說達成了能量的傳遞。諧振電路也可以共振，兩個振動頻率相同的諧振電路放在一起，其中一個開始因為通電而震蕩時，另一個電路也會跟著震蕩起來，「自動」產生電流，電能就這樣被隔空傳送了。這樣的現象稱為「磁共振」，用來進行無線充電，可以讓充電距離達到數公尺，效率也有所提升。唯一的困難就是，要將兩個電路調整到一模一樣的頻率，並且維持一段時間，並不是容易的事。
除了磁共振之外，也有科學家嘗試用雷射光的光能來充電，甚至是將電能通過和家用的 Wifi 網路相近的電波頻段來傳送。希望這些技術的突破，能讓我們未來在充電時更加方便！
來源：《科學少年》2014 年 12.1 月刊
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